BMR GENOMICS SPIN OFF UNIVERSITÀ DI PADOVA Barbara Simionati Microbioma e innovazione 1 OVERVIEW Cos'è? Cosa fa? Come si forma? Perchè ci interessa? Come si studia? Quale futuro? Letture Progetto microbioma italiano 2 Microbioma e Microbiota Cosa sono? Batteri Cellule (trigliardi) Geni (migliaia) Uomo 100 10 2000 20 99% batteri si trova nell’intestino Più di 1000 specie di batteri … ma anche funghi, archea, e virus 3 99% batteri si trova nell'intestino 4 SVILUPPO DEL MICROBIOMA 5 IL RUOLO DEL MICROBIOMA? 6 PERCHE’ IL MICROBIOMA? J_F. BACH - N Engl J Med, Vol. 347, No. 12 - 2002 Obesità Diabete Cancro al colon Morbo di Crohn Colite ulcerativa Intestino irritabile Artrite reumatoide Asma 7 Depressione Ansia Schizofrenia Parkinson Ischemia Ipertensione Malattie circolatorie Autismo IPOTESI 1. Antibiotici 2. Dieta 3. Eliminazione degli enteropatogeni (elminti) 4. Vaccinazione e riduzione dell’esposizione a malattie infettive 5. Taglio cesareo e allattamento artificiale 8 L’INNOVAZIONE 9 L’INNOVAZIONE Il sequenziamento del DNA ❖ Prima generazione (Sanger) ❖ Seconda generazione (NGS o NextGen) X1 X 50 Milioni 10 IL SEQUENZIAMENTO Prima generazione (Sanger) Batterio isolato Seconda generazione (NGS) Comunità microbica 11 COSA CONOSCIAMO DEL MONDO DEI MICRORGANISMI 12 ❖ Metodi coltura dipendenti ❖ Metodi coltura indipendenti COME SI STUDIA? La maggior parte dei batteri non cresce in vitro Si legge l’informazione contenuta negli acidi nucleici (DNA o RNA). La sequenza dei nucleotidi può essere letta tramite la tecnologia del Sequenziamento del DNA ed interpretata. 13 COME SI STUDIA? IL GENE 16S rRNA ❖ Ubiquitario nei procarioti ❖ Lunghezza informativa (circa 1500 bp) ❖ Regioni ipervariabili (V1-V9) e regioni conservate ❖ Database aggiornati (Greengenes, Silva, RDP) ❖ Sequenziamento totale o parziale del gene e confronto con database permettono l’identificazione del microrganismo 14 COME SI STUDIA? 16S rRNA BARCODE Next Generation DNA Sequencing (NGS) Rivoluzione tecnologica Dal 2005 15 DAL CAMPIONE ALL’IDENTIFICAZIONE DNA LIBRERIA SEQUENZIAMENTO COMUNITA’ MICROBICA Miseq Illumina DATI ANALISI BIOINFORMATICA Il DNA batterico viene estratto e preparato per essere sequenziato. Le sequenze vengono analizzate con software bioinformatici per identificare la comunità batterica. 16 L’ANALISI BIOINFORMATICA Batteri Le sequenze prodotte dal sequenziatore sono raccolte in file testuali molto grandi (anche diversi Giga byte) 16S rRNA Le sequenze devono essere elaborate con software bioinformatici ad hoc. OTU 33.3% OTU 16.6% OTU 50% OTU (Unità Operativa Tassonomica) sono cluster di sequenze simili del gene 16S rRNA e rappresentano specie o generi batterici. 17 L’ANALISI BIOINFORMATICA Le percentuali delle OTU vengono trasformate in abbondanza relativa dei batteri per ogni livello tassonomico. 18 L’ANALISI BIOINFORMATICA L’analisi bioinformatica permette di trovare le differenze nella comunità microbica dei campioni dovute a: - composizione in specie - abbondanza relativa. PCoA Queste differenze possono raggruppare o meno i campioni all’interno di un sistema di riferimento. 19 QUALE FUTURO Trapianto fecale Probiotici e prebiotici Farmaci Batteri ingegnerizzati 20 LETTURE 21 GRAZIE PER L’ATTENZIONE Barbara Simionati [email protected] Progetto microbioma italiano www.microbiomaitaliano.it [email protected] 22